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公開番号2024171525
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023088581
出願日2023-05-30
発明の名称光モジュールおよび送信装置
出願人株式会社エンプラス
代理人弁理士法人鷲田国際特許事務所
主分類G02B 6/32 20060101AFI20241205BHJP(光学)
要約【課題】光レセプタクルおよび光伝送体がいずれの方向に位置ずれした場合であっても光結合効率が低下しにくい光モジュールを提供すること。
【解決手段】光モジュールは、発光素子と、光レセプタクルと、を有する。光レセプタクルは、凸面である入射面と、凹面である出射面とを含む。発光素子から出射され、光伝送体の端面へ向かうた光は、第1光線と、第2光線とを含む。第1光線のうち光軸に対して±10°で出射される第1光束は、出射面から出射された後に第1光束の中心光線上で集光される。光軸を含む平面において、第2光線のうち平面上における一方の発光面端部である出射点から光軸に対して±10°で出射される第2光束は、出射面から出射された後に第1光束の中心光線に対して出射点が存在する側とは反対側へ位置するように制御される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
基板上に配置された発光素子と、
光伝送体が接続された場合に、前記発光素子および前記光伝送体の端面を光学的に結合するための光レセプタクルと、を有し、
前記光レセプタクルは、
前記発光素子から出射される光を入射させるための凸面である入射面と、
前記入射面で入射された光を前記光伝送体の端面に向けて出射させるための凹面である出射面と、
を含み、
前記発光素子から出射され、前記光伝送体の端面へ向かう光は、前記発光素子の発光面の中心から出射される第１光線と、前記発光面の外縁から出射される第２光線とを含み、
前記第１光線のうち光軸に対して±１０°で出射される第１光束は、前記出射面から出射された後に前記第１光束の中心光線の光路上で集光され、
前記第１光束の中心光線の光路を含み、基板に垂直な平面において、前記平面上における前記発光面の外縁である２つの出射点のうちの一方の出射点から前記光軸に対して±１０°で出射される第２光束は、前記出射面から出射された後に前記第１光束の中心光線の光路に対して前記一方の出射点が存在する側とは反対側へ位置するように制御される、
光モジュール。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
半径が３μｍ、長さが３０μｍの仮想円柱を、前記仮想円柱の中心軸が前記光伝送体と平行になり、かつ前記第１光束が最も細くなる位置における前記第１光束の中心光線の光路上に位置するように前記仮想円柱の重心を配置したとき、
前記第１光束の中心光線の光路および前記出射点を含む平面において、前記第２光束は、前記仮想円柱内かつ前記出射面から出射された後に前記第１光束の中心光線の光路に対して前記出射点が存在する側とは反対側へ位置するように制御される、
請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記光伝送体のコアの端面の中心は、前記仮想円柱内に配置される、請求項２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記第１光束が最も細くなる位置と、前記第２光束が最も細くなる位置は、異なる位置である、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記入射面の中心の曲率半径をＲ１とし、前記出射面の中心の曲率半径をＲ２としたとき、以下の式（１）を満たす、請求項１に記載の光モジュール。
式（１）Ｒ１＞Ｒ２
【請求項６】
前記発光素子から出射された光のうち、前記入射面に入射される光の前記入射面上の径をＥ１とし、前記発光素子から出射された光のうち、前記出射面から出射される光の前記出射面上の径をＥ２としたとき、以下の式（２）を満たす、請求項１に記載の光モジュール。
式（２）Ｅ１／Ｅ２＞７
【請求項７】
前記入射面で入射した光を前記出射面に向けて反射させるための反射面をさらに有する、請求項１に記載の光モジュール。
【請求項８】
請求項１～７のいずれか一項に記載の光モジュールと、
前記光レセプタクルから出射した光が入射する光伝送体と、を有し、
前記発光素子から出射された光のうち、前記出射面から出射される光の前記出射面上の径をＥ２とし、前記発光素子から出射された光のうち、前記光伝送体の端面上の径をＸとしたとき、以下の式（３）を満たす、送信装置。
式（３）２Ｘ＜Ｅ２＜４Ｘ
【請求項９】
前記発光素子の発光面の中心および前記入射面の中心の間の距離をＤ１とし、前記出射面の中心および前記光伝送体の端面の間の距離をＤ２としたとき、以下の式（４）を満たす、請求項８に記載の送信装置。
式（４）１＜Ｄ１／Ｄ２＜２．５

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールおよび送信装置に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
以前から、光ファイバーや光導波路などの光伝送体を用いた光通信には、面発光レーザ（例えば、垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ））などの発光素子を備えた光モジュールが使用されている。光モジュールは、発光素子と、光レセプタクルとを有する。光レセプタクルとしては、球面収差を少なくする観点から、メニスカスレンズの機能を有するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、光ファイバーを介して光信号を送信するための光学モジュールデバイス（光モジュール）が記載されている。光学モジュールデバイスは、発光素子と、光ファイバーと、光学ベンチと、カバーとを有する。カバーは、発光素子から出射された光の配光を制御するためのレンズアッセンブリを有する。レンズアッセンブリは、凸レンズ面である入射面と、凹レンズ面である出射面とを有する。発光素子から出射された光は、凸レンズである入射面で入射し、凹レンズ面である出射面から出射することで、光ファイバーの端面に集光するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特表２０１９－５２６８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたような光学モジュールデバイスでは、カバー（レンズアッセンブリ）と光ファイバーとの組み立て精度によって、発光素子から出射された光の光ファイバーに対する光結合効率が低下してしまう。光結合効率の低下は、光ファイバーの軸に沿った前後方向と、前後方向に垂直な左右方向と、前後方向および左右方向に垂直な上下方向とのいずれかの方向において、カバーと、光ファイバーとが位置ずれした場合に生じうる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、光レセプタクルおよび光伝送体がいずれの方向に位置ずれした場合であっても光結合効率が低下しにくい光モジュールおよび送信装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］基板上に配置された発光素子と、光伝送体が接続された場合に、前記発光素子および前記光伝送体の端面を光学的に結合するための光レセプタクルと、を有し、前記光レセプタクルは、前記発光素子から出射される光を入射させるための凸面である入射面と、前記入射面で入射された光を前記光伝送体の端面に向けて出射させるための凹面である出射面と、を含み、前記発光素子から出射され、前記光伝送体の端面へ向かう光は、前記発光素子の発光面の中心から出射される第１光線と、前記発光面の外縁から出射される第２光線とを含み、前記第１光線のうち光軸に対して±１０°で出射される第１光束は、前記出射面から出射された後に前記第１光束の中心光線の光路上で集光され、前記第１光束の中心光線の光路を含み、基板に垂直な平面において、前記平面上における前記発光面の外縁である２つの出射点のうちの一方の出射点から前記光軸に対して±１０°で出射される第２光束は、前記出射面から出射された後に前記第１光束の中心光線の光路に対して前記一方の出射点が存在する側とは反対側へ位置するように制御される、光モジュール。
［２］半径が３μｍ、長さが３０μｍの仮想円柱を、前記仮想円柱の中心軸が前記光伝送体と平行になり、かつ前記第１光束が最も細くなる位置における前記第１光束の中心光線の光路上に位置するように前記仮想円柱の重心を配置したとき、前記第１光束の中心光線の光路および前記出射点を含む平面において、前記第２光束は、前記仮想円柱内かつ前記出射面から出射された後に前記第１光束の中心光線の光路に対して前記出射点が存在する側とは反対側へ位置するように制御される、［１］に記載の光モジュール。
［３］前記光伝送体のコアの端面の中心は、前記仮想円柱内に配置される、［１］または［２］に記載の光モジュール。
［４］前記第１光束が最も細くなる位置と、前記第２光束が最も細くなる位置は、異なる位置である、［１］～［３］のいずれか一項に記載の光モジュール。
［５］前記入射面の中心の曲率半径をＲ１とし、前記出射面の中心の曲率半径をＲ２としたとき、以下の式（１）を満たす、［１］～［４］のいずれか一項に記載の光モジュール。
式（１）Ｒ１＞Ｒ２
［６］前記発光素子から出射された光のうち、前記入射面に入射される光の前記入射面上の径をＥ１とし、前記発光素子から出射された光のうち、前記出射面から出射される光の前記出射面上の径をＥ２としたとき、以下の式（２）を満たす、［１］～［５］のいずれか一項に記載の光モジュール。
式（２）Ｅ１／Ｅ２＞７
［７］前記入射面で入射した光を前記出射面に向けて反射させるための反射面をさらに有する、［１］～［６］のいずれか一項に記載の光モジュール。
［８］［１］～［７］のいずれか一項に記載の光モジュールと、前記光レセプタクルから出射した光が入射する光伝送体と、を有し、前記発光素子から出射された光のうち、前記出射面から出射される光の前記出射面上の径をＥ２とし、前記発光素子から出射された光のうち、前記光伝送体の端面上の径をＸとしたとき、以下の式（３）を満たす、送信装置。
式（３）２Ｘ＜Ｅ２＜４Ｘ
［９］前記発光素子の発光面の中心および前記入射面の中心の間の距離をＤ１とし、前記出射面の中心および前記光伝送体の端面の間の距離をＤ２としたとき、以下の式（４）を満たす、［８］に記載の送信装置。
式（４）１＜Ｄ１／Ｄ２＜２．５
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光レセプタクルおよび光伝送体がいずれの方向に位置ずれした場合であっても光結合効率が低下しにくい。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、実施の形態１の送信装置の構成を示す図である。
図２Ａ～Ｃは、実施の形態１の送信装置における光路図である。
図３Ａ～Ｃは、比較例の送信装置における光路図である。
図４Ａ～Ｃは、Ｎｏ．１の実施例１のシミュレーション結果を示すグラフである。
図５Ａ～Ｃは、Ｎｏ．９の比較例１のシミュレーション結果を示すグラフである。
図６は、実施の形態２の送信装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態に係る光モジュールおよび送信装置について、図面を参照して詳細に説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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